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超級木星現身宇宙,質量大得令人吃驚,最大的行星可以有多大?
2022/10/17

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木星的質量大約有1.9億億億噸(1.8982 x 10^27千克),即使將太陽系中其他的七顆大行星的質量全部加在一起,也不足木星質量的一半,正因為如此,木星也常被我們稱為「行星之王」。

然而這個稱號僅限于在太陽系的范圍內,其實在已知的宇宙中,還存在著質量比木星更大的「超級木星」。

超級木星現身宇宙,質量大得令人吃驚

這顆超級木星與我們之間的距離大約為325光年,在天空中位于半人馬座方向,其編號為「b Centauri (AB) b」,之所以會有這樣一個奇怪的編號,是因為它同時圍繞著兩顆恒星公轉,這兩顆恒星分別被編號為「b Centauri A」 和 「b Centauri B」,它們一起組成了一個雙星系統「b Centauri」

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上圖為天文學家利用智利帕瑞納天文臺的甚大望遠鏡(VLT)獲取到的直接圖像,圖像左上的明亮天體就是「b Centauri」雙星系統,其總質量在太陽質量的6至10倍之間,右上那個的亮點是一顆背景恒星,右下的那個亮點就是「b Centauri (AB) b」了。

觀測資料顯示,「b Centauri (AB) b」與「b Centauri」雙星系統的質心之間的平均距離約為560天文單位(這比木星與太陽的平均距離大了10倍有餘),其質量是木星質量的11倍左右,要知道木星的質量是地球的大約317倍,也就是說,「b Centauri (AB) b」的質量相當于3千多顆地球。

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不得不說,這顆超級木星的質量實在是大得令人吃驚,相信大家在對其表示讚歎的同時,也會好奇宇宙中還有沒有比它更大的行星。

從理論上來講,宇宙中最大的行星可以有多大呢?

由于行星的體積可以因為其密度的不同而出現很大的差異,因此我們通常是以質量作為標準來衡量一顆行星的大小。

實際上,行星的質量是有上限的,因為行星的質量越大,其核心的溫度和壓強就越高,如果一顆行星的質量達到了木星質量的13倍左右,其核心就會啟動氘(D)的核聚變,從而演化成一顆褐矮星。

褐矮星不屬于行星,它們是一種質量介于恒星和行星之間的天體,當其質量進一步增加到木星質量的80倍左右的時候,其核心就會啟動氕(H)的核聚變,從而演化成標準的恒星——紅矮星。

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(注:氕和氘都是氫的同位素,氕的原子核只有一個質子,氘的原子核由一個質子和一個中子構成,在宇宙中的氫元素中,有大約99.985%都是氕)

由此可見,從理論上來講,就算是宇宙中最大的行星,其質量也不會超過木星質量的13倍,如果超過的話,它就會演化成其他類型的天體,而不能稱之為行星了,因此可以說,前文所言的那顆超級木星,其實已經接近這個質量上限了。

看到這裡,可能有人要問了:如果某顆行星的構成物質中沒有氫元素,那它豈不是就沒有這種質量限制了?

一顆星球的形成是一個由小到大的過程,首先是重元素(或者固體顆粒)不斷地凝聚,當其質量達到一定程度時,就可以通過引力來吸積更輕的元素,一切順利的話,其質量就會越來越大,引力也會隨之不斷增強,可以吸積的物質也就越來越多,在星雲物質足夠多的情況下,星球的質量就會迅速增長。

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上圖為宇宙元素豐度表,按質量來計算,氫元素佔據了73.9%,氦元素佔據了24%,餘下的2.1%則是其它的元素,要知道恒星和行星都是形成于原始星雲之中,而原始星雲中的元素豐度其實與宇宙元素豐度等同,也就是說,在形成恒星和行星的「原料」中,氫元素永遠是占絕大多數。

這就意味著,宇宙中的那些質量達到一定程度的天體(不管是行星還是恒星),其物質成分必然是以氫元素為主的。那麼問題就來了,像地球這樣的岩石行星,為什麼沒有像氣態行星那麼多的氫元素呢?其實這與太陽有關。

地球形成的位置距離太陽較近,太陽的熱量會使其附近區域的氫、氦以及各種揮發性物質(如水、氨、甲烷等)只能以氣態的形式存在,與此同時,太陽釋放的恒星風還會不斷地將這些氣態物質「吹」向更遠的地方,因此在這片區域中,只有較量的重元素能夠凝聚,這樣就造成了像地球這樣的岩石行星「先天不足」,其引力也就不足以吸積氫氣了。

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